авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УДК 53:54:57

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ББК

28.07

Российская академия наук Т78

Московский физико-технический институт

(государственный университет)

Российский фонд фундаментальных исследований

Труды 52-й научной конференции МФТИ «Со Федеральная целевая программа Т78 временные проблемы фундаментальных и приклад «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»

на 2009–2013 годы ных наук»: Часть IV. Молекулярная и биологическая фи зика. Том 2. — М.: МФТИ, 2009. — 194 с.

Фонд содействия развитию малых форм предприятий ISBN 978-5-7417-0308- в научно-технической сфере ТРУДЫ 52-й НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МФТИ В сборник включены доклады об исследованиях, проводимых студентами, аспирантами и сотрудниками факультета молекулярной и биологической физики МФТИ, других научно-исследовательских Современные проблемы институтов РАН и РАМН. Они представляют интерес для специали стов, работающих на стыке физики, химии и биологии.

фундаментальных и прикладных наук Часть IV Молекулярная и биологическая физика В октябре 2009 года Московский физико-технический институт (государ ственный университет) стал победителем конкурсного отбора программ раз вития университетов России, в отношении которых устанавливается кате Том 2 гория «национальный исследовательский университет».

УДК 53:54: ББК 28. ISBN 978-5-7417-0308- c ГОУ ВПО «Московский физико-технический Москва–Долгопрудный, институт (государственный университет)», Секция физики и химии плазмы Программный комитет Кудрявцев Н.Н., чл.-корр. РАН, ректор института — председатель Кондранин Т.В., профессор, первый проректор — зам. председателя Стрыгин Л.В., доцент — учёный секретарь конференции Алфимов М.В., академик, директор Центра фотохимии РАН УДК 533.9. Андреев А.Ф., академик РАН, директор ИФП РАН Беляев С.Т., академик РАН, зав. кафедрой МФТИ П.Б. Алейников1,2, С.В. Коновалов Велихов Е.П., академик РАН, президент РНЦ «Курчатовский институт»

Гуляев Ю.В., академик РАН, директор ИРЭ РАН pavel.aleynikov@gmail.com, konoval@nfi.kiae.ru Дмитриев В.Г., чл.-корр. РАН, зав. кафедрой МФТИ Московский физико-технический институт Иванников В.П., академик РАН, директор ИСП РАН Коротеев А.С., академик РАН, директор Центра им. М.В. Келдыша (государственный университет) Кузнецов Н.А., академик РАН, зав. кафедрой МФТИ Российский научный центр «Курчатовский институт»



Макаров В.Л., академик-секретарь Отделения ОН РАН, дир. ЦЭМИ РАН Петров А.А., академик РАН, заведующий отделом ВЦ РАН Моделирование нагрева/генерации тока Фортов В.Е., академик-секретарь Отделения ЭММПУ РАН Патон Б.Е., академик, президент НАН Украины и диагностического пучка нейтралов Шпак А.П., академик, первый вице-президент НАН Украины Черепин В.Т., чл.-корр. НАН Украины, директор ФТЦ НАНУ в реакторе ITER Жданок С.А., академик-секретарь Отделения ФТН НАН Беларуси Гаричев С.Н., д.т.н., декан ФРТК Введение. Инжекция нейтральных атомов (NBI) является доми Трунин М.Р., д.ф.-м.н., декан ФОПФ Негодяев С.С., к.т.н., декан ФАКИ нирующим методом нагрева и генерации тока (CD) в ITER [1]. Диа Грознов И.Н., доцент, декан ФМБФ гностический пучок ITER (DNB) является ключевым элементом для Тодуа П.А., профессор, декан ФФКЭ ряда диагностик. В связи с этим возникает необходимость создать Вышинский В.В., профессор, декан ФАЛТ максимально реалистичную модель ITER NBI.

Шананин А.А., профессор, декан ФУПМ Леонов А.Г., профессор, декан ФПФЭ Процессы ионизации и торможения частиц в плазме на сегодняш Кривцов В.Е., доцент, декан ФИВТ ний день хорошо изучены и могут быть смоделированы «из первых Ковальчук М.В., чл.-корр. РАН, декан ФНБИК принципов». Различные инженерные, диагностические задачи и за Деревнина А.Ю., д.т.н., декан ФИБС дачи интегрированных сценариев фокусируются на различных ас Кобзев А.И., профессор, декан ФГН Кваченко А.В., к.т.н., зав. кафедрой пектах физики процесса нейтральной инжекции, тем самым являют Алехин А.П., профессор, зав. кафедрой необходимость создания ряда NBI-моделей. В данной работе мы об Белоусов Ю.М., профессор, зав. кафедрой суждаем модели нагрева/генерации тока (HNBI) и диагностического Бугаев А.С., академик РАН, зав. кафедрой пучка нейтралов в ITER, основанные на полном Монте-Карло коде, Габидулин Э.М., профессор, зав. кафедрой Гладун А.Д., профессор, зав. кафедрой интегрирующем траектории частиц (OFMC) (код DRIFT [2]), а также Иванов А.П., профессор, зав. кафедрой недавно разработанные кинетические 1D-3D модели. Недавнее срав Лукин Д.С., профессор, зав. кафедрой нение различных NBI кодов проведённое, для сценария #4 ITER [3] Петров И.Б., профессор, зав. кафедрой Половинкин Е.С., профессор, зав. кафедрой показало важность точного задания геометрии инжекции. Отдель Сон Э.Е., чл.-корр. РАН, зав. кафедрой ное внимание при создании новых кодов было уделено разработке Тельнова А.А., доцент, зав. кафедрой NBI-источника. Новый источник позволяет учесть все инженерные Трухан Э.М., профессор, зав. кафедрой особенности тракта, все фокусировки и расхождения пучка для мо Холодов А.С., чл.-корр. РАН, зав. кафедрой Энтов Р.М., академик, зав. кафедрой делей полного Монте-Карло и 3D Фокер–Планка, а также позволят Секция физики и химии плазмы 5 6 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ сохранить все важные особенности для кинетических моделей с реду- профиле тока. Однако даже в этом случае различия в генерируемом цированной размерностью 2D & 1D. токе малы (2.59MA в 2D и 2.65MA в 3D и DRIFT случаях).





Источник. Новый модуль NBI-источника, включающий полный Литература интерфейс с транспортным кодом BTR, использовался при расчёте ITER H&CD диагностического пучка нейтральных атомов. Это поз- 1. Shimomura Y., Murakami Y., Polevoi A., Barabaschi P., волило учесть все детали геометрии и конфигурации полей. Mukhovatov V., Shimada M. ITER: opportunity of burning plasma Начальное положение в самой полной версии ITER-NBI модуля ис- studies // Plasma Phys. Control. Fusion. — 2001. — V. 43. — точника, используемого в OFMC и 3D FP NBI моделях, выбираются P. A385–A394.

произвольно на заземленной решётке, что позволяет учесть точную 2. Konovalov S. [et al.]. Analysis of high energy ion ripple loss in the геометрию решётки, гауссово рассеивание пучка от каждой аппре- up-down asymmetric conguration by OFMC plus mapping hybrid code туры — их фокусировку, а также потери на диафрагмах в тракте. // JAERI-Research. — 1994. — V. 94, N. 033. — P. 1–25.

В модели принимается во внимание возможное варьирование накло- 3. Oikawa T. [et al.]. Benchmarking of Neutral Beam Current Drive на пучка. Codes as a Basis for the Integrated Modeling for ITER // Proc. 22nd Горизонтальное распределение NB мощности на окне в первой Int. Conf. on Fusion Energy. — 2008. — V. IT. — P. 6otdo5.

стенке имеет пять пиков, которые появились по причине более ран него фокусирования внутри групп (fa = 7,2 m), чем фокусирования центральных линий групп (fg = 25,48 m). Сечение ионизации рассчи тывалось в соответствии с формулой Янева. УДК 533.9– Термолизация NBI-ионов. Торможение NBI-ионов рассчиты А.М. Булах1,2, Е.А. Вострикова валось кодом DRIFT OFMC [2] а также новым кодом 3D-1D Fokker Plank. В 3D модели усреднённое по баунс периоду уравнение Фок- bull_mipt@mail.ru, ekaterinavost@mail.ru кера–Планка решалось при помощи метода Монте-Карло для соответ- Московский физико-технический институт ствующих уравнений Ланжевена, записанных для дрейфовых инте (государственный университет) гралов: тороидальный момент, магнитный момент (питч угол в точке Российский научный центр «Курчатовский институт»

траектории с минимальным В), а также модуль скорости. Этот набор Нелинейные процессы в двумерной плазме переменных позволяет сохранить в рассмотрении такие эффекты, как неоклассическую диффузию. NBI-источник в 3D модели точно такой в полевом транзисторе же, как в полном OFMC расчёте. Сравнение расчётов 3D и DRIFT для ITER сценария #4 (все параметры совпадают с [3]) показало пол ное согласие расчётов, но 3D модель, как минимум, в 100 раз быстрее Использование нелинейных плазменных эффектов позволяет по чем DRIFT. На сегодняшний день разработана только стационарная высить рабочую частоту полевых транзисторов вплоть до терагерце 3D модель. Нестационарная модель в разработке. Редукция до 2D вого диапазона частот.

модели осуществляется по средствам приближения нулевого банана. Поведение электронов описывается с помощью уравнений гидро Следовательно, пренебрегаем радиальной диффузией. В качестве экс- динамики и уравнения Пуассона:

перимента источник для редуцированной модели был заменен на ко- V + V + V V K V = m e нечное число одиночных пучков без гауссового расхождения. Было t t x x показано, что 10 апертур (одна группа 5 2 в центре заземленной z= (1) + x (V ) = 0.

t 2 решётки) дают достаточно хорошую модель пучка для точного рас- 4e x2 + z 2 = ( d )(z) чёта. Наиболее существенное отличие можно увидеть в получаемом Секция физики и химии плазмы 7 8 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 2. Карпман В.И. Нелинейные волны в диспергирующих средах. — Здесь V = V (t,x) — скорость электронов вдоль канала и поверх ностная плотность электронов соответственно = (t,x,z) — элек- М.: Наука, 1973.

3. Булах А.М., Вострикова Е.А., Поволоцкая Г.В. Нелинейные трический потенциал, приложенный к затвору относительно канала, d — концентрация доноров, — частота столкновений электронов с процессы в твердотельной плазме в полевом транзисторе // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 4. — С. 214–217.

фононами или примесями, K — коэффициент вязкости, связанный с электрон-электронными столкновениями, e = |e| и m — заряд элек трона и эффективная масса электрона соответственно, — диэлек УДК 535. трическая проницаемость.

Для определения толщины внутренней структуры фронта удар И.В. Конистяпина1, М.В. Богданова2, Ю.Е. Лозовик3, ной волны необходимо учитывать дисперсионные и диссипативные И.А. Валуев эффекты (вязкость и трение).

Учёт в системе уравнений (1) только вязкости даёт возможность 90299@mail.ru, bogdanova@kintech.ru, lozovik@isan.troits.ru, искать решение в виде стационарной бегущей волны с постоянной valuev@physik.hu-berlin.de скоростью u, зависящее от координаты x и времени t следующим об- Московский физико-технический институт разом: V = V (), = x ut. При достаточно малых, но конечных ам- (государственный университет) плитудах волн, и малых диссипативных коэффициентах [2], систему ООО «Кинтех Лаб»

(1) можно привести к уравнению Бюргерса [3]: V + (s0 + 3 V ) V = 2 Институт спектроскопии РАН t x = V, = K. Объединённый институт высоких температур РАН 2 t В этом приближении также легко учитывать только влияние дис Исследование влияния эффекта персионных эффектов на распространение нелинейной волны в дву мерном электронном газе. Для этого в указанном приближении в многократного рассеяния на поглощение систему (1) введём дополнительный дисперсионный член. Система света в наноструктурированных солнечных 2 сведётся к уравнению вида: + (s0 + 3 s0 0 ) + s0 W t = 0, 2 t x элементах решением которого является солитон.

Рассмотрение диссипативных и дисперсионных членов в системе (1) в приближении малых, но конечных амплитуд, приводит к урав- Наноструктурированные солнечные элементы относятся к третье нению Кортевега–де-Вриза–Бюргерса. Поиск решения в виде стацио- му поколению солнечных батарей. В последние годы все чаще в ка нарной волны приводит уравнение Кортевега–де-Вриза–Бюргерса к честве основной составной части наноструктур используются нано виду уравнения нелинейного осциллятора с затуханием. Таким обра- проволоки (а также наностержни, для которых отношение высоты зом, амплитуда волны осциллирует в пространстве подобно тому, как 5). В качестве материала могут быть использованы к радиусу меняется координата частицы в потенциальной яме W. В результате как органические, так и неорганические (Si) соединения. Результаты фронт ударной волны будет иметь осциллирующую структуру, что исследований показали преимущества использования нанопроволок совпадает с результатами численных экспериментов [1]. для улучшения транспорта зарядов. Кроме того, было показано, что массивы неупорядоченных нанопроволок являются наиболее эффек Литература тивными рассеивающими системами [1].

1. Vostrikova E.A., Ivanov A.A. Electrical excitation and solitonlike Благодаря эффекту многократного рассеяния оптическая толщи waves in two-dimensional electron channel // Phys. Rev. B. — 2007. — на наноструктурированного элемента значительно превышает реаль ную толщину структуры. За счёт этого эффекта поглощение на V. 76, N. 3. — P. 035401–1–035401–7.

ноструктурированного солнечного элемента значительно возрастает, Секция физики и химии плазмы 9 10 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 533.9.082. что позволяет существенно сократить массу материала, требуемого для изготовления элемента.

А.А. Кучуркин1,2, А.В. Тепляков1, В.И. Тамбовцев В настоящей работе для исследования оптических свойств нано структурированных солнечных батарей применялся метод решения matan_gus@list.ru, teplyakov_anton@mail.ru, tamboval@mail.ru уравнений Максвелла в конечных разностях FDTD [2], который пред- Челябинский государственный университет ставляет собой явную схему второго порядка точности для решения ООО «Челябжилсервис»

уравнения Максвелла в дифференциальной пространственно-времен Сверхвысокочастотная диагностика ной формулировке. Этот метод позволяет учитывать интерференци онные эффекты на микро- и наноструктурах и обеспечивает высокую газоразрядной плазмы точность расчётов. Исследовалась зависимость коэффициента погло щения от радиуса нанопроволок, коэффициента заполнения, степени Работа направлена на изучение радиофизических свойств газораз неупорядоченности.

рядной плазмы, отличающийся от классической плазмы. Это трёх Было проведено сравнение с экспериментальными данными, полу компонентная среда ионов, электронов и нейтральных атомов. Из-за ченными в работе [3]. Рассчитан выигрыш в массе кремния по срав высокой частоты столкновений в исследуемой среде отсутствуют ха нению со сплошной структурой.

рактерные плазменные колебания.

Литература В идеальной плазме флуктационное нарушение квазинейтрально сти приводит к возникновению плазменных затухающих колебаний с 1. Muskens O.L., Diedenhofen S.L., Kaas B.C., Algra R.E., частотой (в системе СИ):

Bakkers E.P.A.M., Rivas J.G., Lagendijk A. Large Photonic Strength of Highly Tunable Resonant Nanowire Materials // Nano letters. — 2009. — 1/ ne e V. 80, N.2. — P. 580–585. n =, 2. Taove A., Hagness S.H. Computational Electrodynamics: о me The Finite Dierence Time-Domain Method. — Boston: Artech House, где me, ne и e — масса, концентрация и заряд электронов.

2005. — 852 p. Плазменные колебания могут развиваться и существовать на ин 3. Tsakalakos L., Balch J., Fronheiser J., Korevaar B.A., Sulima O., тервале времени между двумя столкновениями e = 1/ve. Если же Rand J. Silicon nanowire solar cells // Applied physics letters. — 2007. — n e 1, то этот коллективный процесс развиваться не будет. Нера V. 91, N. 23. — P. 3117–3120. венство характеризует переход от плазмы к ионизованному газу — ИГ [1]. Сравним определительные соотношения для плазмы — n e 1;

1 и ИГ — n e 1;

1, здесь L — ха L;

Nd L;

Nd рактерный линейный масштаб исследуемой среды, Nd — количество заряженных частиц в сфере Дебая.

Для ИГ среднее время флуктационного разделения зарядов необ ходимо заменить временем релаксации локального заряда — максвел ловским временем М [2]. Известно, что время М определяется через равенство токов смещения и токов проводимости или отношением проницаемости к проводимости:

о о me e М = =.

ne e a Секция физики и химии плазмы 11 12 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ = 1/кр = (2 · · 1010 )1 1012 с. В среде могут распространяться Для исследуемой среды М имеет значение намного порядков боль шее по сравнению с подобной величиной для металлических провод- электромагнитные волны, если их период колебаний меньше максвел ников. Для ИГ при изменении пе от 1015 до 1018 м3 и значение М ловского времени.

изменяется от мс до мкс. Эта величина является одной из основных В качестве независимого эксперимента, подтверждающего досто характеристик ИГ — масштаб времени разделения зарядов. При ис- верность наших выводов, сошлёмся на ранее проведённые СВЧ-изме следовании частотных свойств ИГ, скорее всего, потребуется не М, а рения в открытом пространстве [4]. Для цеховой лампы дневного све обратная величина: кр = 1/M — критическая частота. В рассматри- та при определённых условиях (напряжение на лампе не достигало максимального значения) критическая частота равнялась 9 ГГц.

ваемом случае — это частота, на которой ИГ переходит от состояния с преобладанием свойств проводника к состоянию с преобладанием Итак, в работе показано, что частично ионизованный газ на при свойств диэлектрика. мере исследуемой среды газоразрядной лампы в зависимости от ча Эксперименты проводятся на установке Р2-61 — измеритель коэф- стоты зондирования может быть либо проводником, либо диэлектри фициента стоячей волны по напряжению [3]. На рис. 1 представлена ком. Критическая частота при этом определяется через максвеллов схема измерительной части установки. В волновод, сечение которого ское время релаксации зарядов. Подобное явление наблюдается при 23 ·10 мм2, встраивается люминесцентная лампа FL диаметром 16 мм радиозондировании нижней ионосферы [1].

(FL16 6/black). Лампа FL зафиксирована в волноводной вставке меж ду согласованной нагрузкой и трактом отражённой волны. Отражен ная волна детектируется и выводится на индикатор Р2-61. Частота изменяется от 8 до 12 ГГц.

Рис. Рис. На рис. 2 и рис. 3, в виде фото представлены результаты экспе риментов. Измерения проводятся и при отключенной (рис. 2) и при включенной лампе (рис. 3).

Максвелловское время определяется для момента, когда отмечает ся возникновение разницы в сигналах, при выключенной и включен- Рис. ной лампе (см. фото). Обработка и анализ сигнала показывает, что газоразрядная среда для частот до 10 ГГц является проводником.

Литература Данная частота — критическая, на которой и происходит изменение 1. Нечаев Ю.Б., Тамбовцев В.И., Усачёв В.К. Динамоэлектриче параметров отражения.

На основании полученных данных определяется максвелловское ские процессы в энергетических системах и в нижней ионосфере. — время релаксации зарядов — это 1012 с. Действительно, М = М.: Радио и связь, 2003. — 200 с.

Секция физики и химии плазмы 13 14 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 2. Тамбовцев В.И. Разделение зарядов в ионизованных потоках можно добиться, используя бомбардировку электронным пучком. Од // Известия вузов. Радиофизика. — 2000. — Т. XLШ, № 9. нако при этом возможно колебательное возбуждение молекул газа, 3. Кучуркин А.А., Тамбовцев В.И., Тепляков А.В. Микроволно- что является паразитным процессом.

вая диагностика ионизованного газа // Труды VIII международной Для описания взаимодействия электронного пучка с газам и по конференции «Физика и технические приложения волновых процес- следующего цепного процесса горения метана нами разработан кине сов». С-ПГУТ, СПб. — 2009. тический механизм плазменно-инициированного горения. Для того 4. Тамбовцев В.И., Усачёв В.К.Чернов В.М. СВЧ-диагностика чтобы получить более понятное представление о механизмах взаи ионизованного газа // Труды VI международной конференции «Фи- модействия пучка с газом и оптимизации процесса горения, прово зика и технические приложения волновых процессов». КГТУ. — Ка- дится редуцирование предложенного полного механизма. На основе зань. — 2007. данной работы возможно определить наиболее оптимальный режим существования пучка, при котором будет минимальным колебатель ное возбуждение, а также выход ядовитых продуктов — NO и NO2.

Литература УДК 537.533. 1. Naidis. G. V. Modelling of plasma chemical processes in pulsed А.В. Лебедев corona discharges // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1997. — V. 30. — palach@mail.hepti.kiae.ru P. 1214–1218.

Московский физико-технический институт 2. Manton J.E., Tickner A.W. The decomposition of methane by (государственный университет) low-energy electrons // Can. J. Chem. — 1960. — V. 38. — P. 858–868.

3. Sun Yo., Chmilevski A.G., Bulka S., Zimek. Z. Organic pollutantas Редуцирование механизма treatment in gas phase by using electron beam generated non-thermal плазмено-инициированного горения метана plasma reactor // Chem. List. — 2008. — V. 102. — P. 1524–1528.

На данный момент горение углеводородов является главным ис точником энергии. Поэтому повышение эффективности данного про цесса представляет собой важную задачу, способную удешевить про изводство энергии при бережном отношении к природным ресурсам.

Одним из способов повышения эффективности горения углеводоро дов является плазменное инициирование.

Горение представляет собой цепной процесс, для инициации кото рого необходимо создать свободные радикалы. Самым простым спо собом генерации радикалов является нагрев газа, однако в таком слу чае время инициации может быть довольно велико. Ещё более важно то, что такой способ инициации не является эффективным, поскольку необходимо нагреть весь газ для распада нескольких молекул. Намно го более эффективным является создание радикалов при комнатной температуре с помощью плазмы, когда распад молекул осуществляет ся электромагнитным полем. Более однородной генерации радикалов Секция физики и химии плазмы 15 16 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 539.232 Для верификации разработанной модели она была первоначально использована для моделирования синтеза УНТ в равновесных усло И.В. Лебедева1, А.А. Книжник2, Б.В. Потапкин2 виях. Показано, что при наличии в системе водорода состав газовой фазы в реакторе может претерпевать существенные изменения, что liv_ira@list.ru, knizhnik@kintech.ru, potapkin@hepti.kiae.ru влияет на поток углерода на поверхность. В отсутствие водорода бы Московский физико-технический институт ли выделены два режима роста нанотрубок: адсорбционно-контро (государственный университет) лируемый и поверхностно-контролируемый. Показано, что в адсорб Российский научный центр «Курчатовский институт»

ционном режиме скорость роста определяется коэффициентом при Моделирование каталитического роста липания углеводородов и возрастает в ряду углеводородов CH C2 H4 C2 H2, в то время как в поверхностно-контролируемом ре углеродных наноструктур в процессах жиме скорость роста лимитируется присоединением атомов углерода термического к нанотрубке. Продемонстрировано, что добавление водорода позво ляет уменьшить эффективный поток углерода. При этом устанавли и плазменно-стимулированного вается особый десорбционно-контролируемый режим, в котором ско химического осаждения рость роста характеризуется зависимостью как от давления, так и от температуры. Результаты расчётов находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

В зависимости от цели, с которой выращиваются нанотрубки На основе разработанной модели нами проведено моделирование (УНТ), структура УНТ должна удовлетворять различным требовани воздействия плазмы на синтез УНТ методом химического осаждения.

ям. Химическое осаждение (CVD) считается методом, который позво Показано, что влияние плазмы заключается в модификации частиц, ляет контролировать структуру УНТ в процессе роста. Согласно экс осаждающихся на поверхность катализатора, и, как следствие, из периментальным работам [1], использование плазмы позволяет умень менении общего потока углерода. Проведено сравнение полученных шить энергию активации для роста УНТ, что должно облегчать кон результатов с данными по химическому осаждению в термическом троль над структурой УНТ.

случае.

Нами разработана модель стационарного роста многослойных УНТ на катализаторе, описывающая химические превращения угле- Литература водородов в газовой фазе реактора, осаждение и разложение угле 1. Hofmann S., Csanyi G., Ferrari A.C. [et al.]. Surface водородов на поверхности катализатора, диффузию углерода через diusion: The low activation energy path for nanotube growth // каталитическую частицу и присоединение углерода к растущей нано Phys. Rev. Lett. — 2005. — V. 95. — P. 036101.

трубке. Расчёт газофазных процессов проведён с помощью програм 2. Deminsky M., Chorkov V., Belov G. [et al.]. Chemical мы «Химический верстак 3.6» [2] на основе механизма горения бен Workbench. Integrated environment for materials science // зола. Адсорбция и разложение углеводородов на поверхности ката Comp. Mater. Sci. — 2003. — V. 28. — P. 169–178.

лизатора описаны в рамках формализма поверхностных сайтов. Па раметры реакций рассчитаны на основе теории функционала плотно сти. Показано, что транспорт углерода через частицу катализатора эффективно осуществляется через подповерхностные слои. Барьер для присоединения атомов углерода к нанотрубке, растущей на сту пеньке, был найден равным 1,8–2,0 эВ в зависимости от хиральности нанотрубки.

18 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ Секция физики супрамолекулярных а также позволяют детектировать возникновение комплекса, напри мер, оптическими методами [2]. Однако большинство работ в этой систем области выполнено в растворах. Естественным развитием идеи при менения ЦД является детектирование с их помощью аналитов из га зовой фазы. Ранее было показано, что и в этом случае могут образо вываться комплексы включения [3]. На первый план выходит пробле ма детектирования акта образования комплекса, с одной стороны, и иммобилизации рецептора — с другой.

УДК 535.37+533.5 В данной работе предлагаются возможные пути решения этих проблем, причём они рассматриваются как составная часть общего Л.В. Воронина1,2, В.А. Лившиц2 иерархического подхода к созданию сенсорного материала. В рамках этого подхода предлагается сорбировать рецептор на микросферы, а voronina-lusy1@yandex.ru затем создавать из них упорядоченные структуры — сенсорные эле Московский физико-технический институт менты.

(государственный университет) В качестве твёрдой матрицы мы использовали силикагельные ча Центр фотохимии РАН стицы Диасфер-110-Амин с диаметром 5 мкм, диаметр пор 10 нм, Изучение методом флуоресценции а также сферические частицы диаметром 9 мкм с ковалентно свя занным ЦД от YMC Co. Последние содержат ЦД в количестве комплексообразования летучих 0,12 мкмоль/мг по данным производителя. Мы предложили новую органических соединений методику иммобилизации ЦД на микросферах, основанную не на ковалентном пришивании, а на сорбции полимерных заряженных с циклодекстринами, иммобилизованными ЦД на поверхность микросфер, модифицированную аминогруппами.

на микросферах двуокиси кремния При этом удаётся добиться значений 1,5 мкмоль/мг для содержа ния молекул ЦД на поверхности. Определена константа адсорбции карбоксиметил--ЦД полимера на поверхность аминомодифициро В настоящее время перед учёными стоит задача разработки эф ванных сфер:

фективной методики по детектированию и удалению из атмосферы K 1,6 · 102 M 1, опасных для здоровья человека летучих органических соединений (аналитов), а также разделения таких смесей, похожих по химиче- а также зависимость степени заполнения от времени, в течение кото скому составу веществ, как бензол, толуол, ксилол. Необходимо на- рого оно происходит, и от температуры. Предельная степень запол нения молекулами ЦД аминогрупп поверхности составляет 30–35% учиться выделять эти аналиты из газовой фазы при небольшом их количестве (единицы ppm). Очевидным решением этой задачи явля- и определена как разница количества ЦД, изначально добавленного ется сорбция летучих соединений на твердую подложку с целью их в раствор, и оставшегося после 24 часов сорбции;

концентрация ЦД идентификации и при необходимости удаления. в растворе определяется по изменению интенсивности флуоресцен Циклодекстрины (ЦД) уже в течение нескольких десятилетий ак- ции добавленного флуорофора, константа связывания которого с ЦД тивно изучаются и используются в качестве молекулярных рецепто- заранее измерена. Изучена устойчивость данных материалов в рас ров, образующих прочные комплексы с небольшими органическими творе. Проведено сравнение константы связывания с поверхностью молекулами по принципу «гость-хозяин» [1]. Помимо естественных заряженного ЦД полимера и нейтрального. Показано, что адсорбция ЦД синтезировано также множество различных модифицированных идёт более эффективно для заряженного образца в силу электроста молекул хозяев, которые обладают высокой степенью селективности, тического взаимодействия между поверхностью и полимером.

Секция физики супрамолекулярных систем 19 20 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ Далее предложено использовать полученный материал в качестве УДК 543.635. адсорбента для различных летучих аналитов, таких, как бензол, то Е.Ю. Грушникова1,2, А.В. Кошкин2, В.А. Сажников2, луол, ксилол, антрацен, пирен. Контроль процесса адсорбции произ М.В. Алфимов водится по собственной флуоресценции аналита в УФ или видимом диапазоне спектра. Проводится сравнение адсорбционных свойств но- eliz_06@mail.ru, cat@aport.ru, sazhnikov@yandex.ru, вого материала с микросферами с ковалентно связанными ЦД и ами- alfimov@photonics.ru номодифицированными частицами. Московский физико-технический институт При сорбции толуола на поверхность на спектрах присутствует (государственный университет) дополнительный длинноволновый максимум 326 нм, который авто- Центр фотохимии РАН ры связывают с эксимерной флуоресценцией толуола. Поскольку он Изучение свойств сенсорных слоев, появляется при добавлении в систему ЦД, то естественно предполо жить, что он связан с образованием комплексов стехиометрии 1: созданных на основе полимерных или 2:2. Размеры -ЦД достаточны для этого [4], однако авторам не наноструктур известны работы, где изучалась бы эксимерная флуоресценция толу ола.

Аналогично исследовали сорбцию нафталина. Полученный мате В настоящее время одн из прогресивнейших направлений нау риал упрощает задачу детектирования летучих ароматических соеди ки является создание материалов на основе наночастиц. Одним из нений непосредственно по спектрам их флуоресценции, поскольку в способов использования таких материалов — это создание высокосе их спектре преобладает мономерная флуоресценция, в то время как лективных материалов для выделения и последующего определения при использовании промышленно полученных сфер преобладает раз биологически активных и токсичных веществ в различных средах, мытый спектр эксимера.

выявление следов токсичных, взрывчатых, биологически активных Литература веществ в окружающей среде. На сегодняшний день отечественный рынок высокоселективных материалов для экспресс-анализа соста 1. Ogoshi T. Chemical Sensors Based on Cyclodextrin Derivatives // ва воздушных и жидких сред практически не развит в отличие от Sensors. — 2008. — V. 8. — P. 4961–4982. западного [1]. В рамках проведённых исследований капельным ме 2. Khan A. Methods for Selective Modications of Cyclodextrins // тодом были изготовлены сенсорные слои на основе монодисперсных Chemical Reviews. — 1998. — V. 97. — P. 1977–1996. наносфер с ковалентно связанными люминофорами в поверхностном 3. Ramirez J., Ahn S., Grigorean G. [et al.]. Evidence for the слое. Были изучены спектральные характеристики слоёв наносфер formation of gas-phase inclusion complexes with cyclodextrins and amino и их сенсорные свойства. В результате работ получены отклики об acids // J. Am. Chem. Soc. — 2000. — V. 122. — P. 6884–6890. разцов на ароматические соединения, такие, как бензол, толуол и 4. Tucker E.E., Christian S.D. Vapor pressure studies of полярные аналиты, такие, как метанол и этанол. Отмечено, что при benzene-cyclodextrin inclusion complexes in aqueous solution // изменении состава матрицы менялись сенсорные свойства ковалентно J. Am. Chem. Soc. — 2002. — V. 106. — P. 1942–1945. связанных красителей. В сенсорном слое с красителем — производ ным эозина — наблюдаются отклики преимущественно на аромати ческие соединения (рис. 1), при замене его на производное нильского красного наблюдаются отклики на спирты (рис. 2). Также замече но изменение чувствительности по отношению к аналиту при разной степени сшивки ядра наносферы.

Секция физики супрамолекулярных систем 21 22 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 544.164.032. С.В. Емельянова1, А.В. Одиноков2, М.В. Базилевский svetulek811@mail.ru, akhernar@list.ru Московский инженерно-физический институт (Национальный исследовательский ядерный университет) Центр фотохимии РАН Влияние среды на спектральные свойства красителя Нильский Красный в комплексе включения с -циклодекстрином В последние годы привлекает большое внимание изменение опти Рис. 1. Зависимость интенсивности флуоресценции сенсорного слоя ческих свойств хромофорных систем в составе супрамолекулярных на основе эозина от времени экспозиции (аналит — бензол) комплексов. Классическим примером таких систем являются ком плексы включения с циклодекстринами (рис. 1). Эксперименталь ному и теоретическому исследованию этих комплексов посвящено большое количество работ. Нами был произведён расчёт сдвига ли нии поглощения красителя Нильский Красный (НК), а также из менения формы этой линии в вакуумных и водных комплексах с -циклодекстрином.

НК (рис. 2) имеет ароматическую -систему с присоединённой ди этиламинной группой, которая может вращаться относительно плос кости -системы. В зависимости от угла вращения происходит изме нение степени сопряжения n-орбитали атома азота и -системы, это существенным образом влияет на спектральные свойства красителя.

Влияние окружения на спектр проявляется как в непосредственном сдвиге положения энергетических уровней красителя, так и в изме нении распределения угла. Все эти эффекты обуславливают опти ческие свойства НК в составе супрамолекулярных комплексов как водных, так и расположенных на поверхности.

Рис. 2. Зависимость интенсивности флуоресценции сенсорного слоя на Комплекс моделировался методом молекулярной динамики (МД) основе нильского красного от времени экспозиции (аналит — метанол) в поле сил OPLS-aa. Параметры для -циклодекстрина были модифи цированы в работе [1]. Равновесная геометрия и парциальные атом Литература ные заряды красителя взяты из квантово-химического расчёта на 1. Vicens J., Harroweld J., Baklouti L. Calixarenes in the уровне DFT/PBE0/6-31G*. Ароматическая система красителя, а так же атом азота в диэтиламинной группе образовывали плоскую систе Nanoworld. — Dordrecht: Springer Netherlands, 2006. — P. 311–333.

му, которая рассматривалась как твёрдое тело в течение МД расчёта.

Секция физики супрамолекулярных систем 23 24 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ В результате был получен набор из 500 конфигураций, разделенных временным интервалом 30 пс.

Рис. 3. Изменение формы полосы поглощения НК при образовании комплекса Для каждой конфигурации полуэмпирическим методом ZINDO/S была рассчитана энергия перехода в первое синглетное возбуждённое состояние. Распределение этой величины по ансамблю из конфигура ций представляет собой спектр поглощения. Результаты для НК в вакууме и в составе комплекса приведены на рис. 3. Видно, что мак симум сдвигается в красную сторону на 11 нм. Также происходит Рис. 1. Структура молекулы -циклодекстрина заметное уширение полосы.

Все квантово-химические расчёты производились в программных пакетах GAMESS US [2] (ab initio) и ORCA (полуэмпирика). МД рас чёты осуществлялись с помощью пакета GROMACS [3].

Литература 1. Damm W., Frontera A., TiradoRives J., Jorgensen W.L. OPLS all-atom force eld for carbohydrates // J. Comput. Chem. — 1997. — V. 18, N. 23. — P. 1955–1970.

2. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. General Atomic and Molecular Electronic Structure System // J. Comput. Chem. — 1993. — V. 14. — P. 1347–1363.

Рис. 2. Краситель нильский красный Секция физики супрамолекулярных систем 25 26 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 3. Van der Spoel D., Lindahl E., Hess B., Van Buuren A.R., Apol E., Распределение концентрации n (r,t) электронных возбуждений Meulenho P.J., TielemanD.P, Sijbers A.L.T.M., Feenstra K.A., кислорода строится на основе кинетического уравнения [1], решение Van Drunen R., Berendsen H.J.C. Gromacs User Manual version 4.0. — которого в сферически симметричном случае представляется в виде http://www.gromacs.org , 2005.

t 4r0 Dm nox et/ e / nT (, )G(r,,t )42 dd, n (r,t) = 0R УДК 535. где G(r,,t) — сферическая функция Грина;

— время жизни С.В. Измоденова, М.Г. Кучеренко -кислорода.

otsvetizn@mail.ru, rphys@mail.osu.ru Для нахождения радиального распределения плотности звеньев Оренбургский государственный университет макроцепи, адсорбированной сферической наночастицей, можно вос пользоваться уравнением Гросберга–Хохлова с потенциалом притя Кинетика бимолекулярных фотореакций жения = (r r0 ) в виде дельта-функциональной ямы, находя в приповерхностном слое наночастиц щейся на расстоянии r0 от центра сферической наночастицы [2, 3].

При этом можно поставить граничное условие в виде отражающей с адсорбированными макроцепями поверхности, что соответствует сплошной наночастице, или в виде проницаемой сферы — этому случаю будут соответствовать, напри мер, фуллерены.

Получение различных функциональных наноустройств часто предполагает использование супрамолекулярных наносистем с регу лируемыми параметрами. Одной из таких систем может быть нано частица с адсорбированными на её поверхности полимерными цепя ми. В данной работе развита математическая модель процесса кросс аннигиляции электронных возбуждений молекул кислорода с три плетными (T ) возбуждениями молекул красителя, закреплённых на полимерной цепи, адсорбированной поверхностью. Модель учитыва ет неоднородный характер распределения звеньев полимерной цепи, а следовательно, и красителя на поверхности наночастицы. Предпола галось, что временное распределение концентрации nT (r,t)T -центров подчиняется закону дезактивации Смолуховского:

t t nT (r,t) = n(r) exp 4rm Dm nox t + 2rm (1), T Dm где Dm — коэффициент микродиффузии невозбуждённых молекул O2 ;

T — время жизни T -состояния;

rm — радиус реакции;

— веро ятность молекулы красителя закрепиться на полимерной цепи;

nox — Рис. 1. Распределение относительной концентрации n (r,t) синглет концентрация кислорода. Радиальный профиль n(r) в (1) следует кар- ного кислорода для следующих значений параметров: R = 0,5 нм, r0 = 0,53 нм, Dm = Dm = 108 см2 /с тине размещения звеньев цепи, адсорбированной на поверхности на ночастицы радиуса R.

Секция физики супрамолекулярных систем 27 28 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 2. Кучеренко М.Г., Чмерева Т.М. Размещение звеньев полимерной Для фуллеренов с характерным размером около 0,5–1 нм, дина мика распределенной концентрации n (r,t) -кислорода показана цепи в поле гладкой твёрдой поверхности и в нанополостях пористого сорбента // Вестник ОГУ. — 2008. — № 9. — С. 177–184.

на рис. 1.

3. Кучеренко М.Г., Измоденова С.В., Кручинин Н.Ю. Кинетика Интенсивность замедленной флуоресценции вычислялась по фор бимолекулярных диффузионно-контролируемых фотореакций в при муле [1]:

ID F T (t). поверхностном слое наночастиц с адсорбированными макроцепями // Материалы международной конференции «Фотоника молекулярных T В случае фуллеренов графики функции IDF (t) для различных коэф наноструктур». — Оренбург: ОГУ, 2009. — С. 29–31.

фициентов диффузии молекул кислорода показаны на рис. 2.

УДК 532. Т.А. Карабут1, П.В. Лебедев-Степанов tyulalex@gmail.com, petrls@mail.ru Московский инженерно-физический институт (Национальный исследовательский ядерный университет) Центр фотохимии РАН Автоколебательные процессы в испаряющемся мениске коллоидного раствора: модельные представления Разработка методов получения упорядоченных ансамблей микро и наночастиц, формирование на их основе наноструктурированных T Рис. 2. Кинетика интенсивности IDF (t) замедленной флуоресцен- функциональных плёнок с заданными характеристиками — актуаль ции для различных коэффициентов диффузии при следующих зна- ная проблема современной фундаментальной и прикладной науки.

чениях параметров: R = 0,5 нм, r0 = 0,53 нм Упорядоченные ансамбли могут формироваться из тонких плёнок или микрокапель коллоидного раствора [1–3]. Технологии самосбор Исследования поддержаны Российским фондом фундаменталь ки основываются на процессе самоорганизации ансамбля нанострук ных исследований (проект № 08-02-99035 р_офи) и Министерством тур в диссипативной системе [4].

образования и науки России (задание Рособразования № 1.3.06).

Существует несколько способов получения упорядоченных тонких Литература плёнок на основе коллоидных микрочастиц. Среди них можно выде лить метод осаждения на вертикальную пластинку [5]. Изменение 1. Кучеренко М.Г., Русинов А.П., Чмерева Т.М., Игнатьев А.А., морфологии твёрдой фазы достигается варьированием размера и хи Кислов Д.А., Кручинин Н.Ю. Кинетика фотореакций в регулярной мического состава частиц, материала подложки и концентрации рас пористой наноструктуре с цилиндрическими ячейками, заполненны твора.

ми активаторсодержащими макромолекулами // Оптика и спектро скопия. — 2009. — Т. 107, № 3. — С. 510–516.

Секция физики супрамолекулярных систем 29 30 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ свойства, а также гидродинамику потоков в испаряющемся мениске.

При опускании вертикальной пластинки в коллоидный раствор на На основе разработанной модели в докладе рассмотрены основные границе раздела трёх фаз между раствором и подложкой образует режимы движения мениска: периодический, апериодический, устано ся равновесный краевой угол, который можно определить согласно вившийся, неустановившийся, а также режим с «залипанием» кон закону Юнга из условия равновесия сил поверхностного натяжения тактной линии.

свободной поверхности раствора, раствора под подложкой и самой подложки. Этот краевой угол определяет величину мениска — пере Литература хода между поверхностью раствора и поверхностью пластинки [6].

1. Nagayama K. Two-dimensional self-assembly of colloids in thin Если контактная линия между раствором и пластинкой при опус кании уровня раствора перемещается равномерно с той же скоро- liquid lms // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering стью, то краевой угол сохраняет своё значение. В этом случае фор- Aspects. -1996. — С. 363–374.

2. Aizenberg J., Braun P.V., Wiltzius P. Patterned, Colloidal мирующаяся на пластинке плёнка имеет одинаковую толщину. Если контактная линия «залипает» из-за сильного взаимодействия раство- Deposition Controlled by Electrostatic and Capillary Forces // ра с подложкой, адсорбции частиц на подложке и т. п., то контактный Phys. Rev. Lett. –V.84, N.13. — P. 2997–3000.

3. Bretagnol F. [et al.]. Fabrication of functional nano-patterned угол по мере опускания уровня раствора, естественно, уменьшается и отступает от равновесного значения. При достижении контактным surfaces by a combination of plasma processes and electron-beam углом некоторой критической величины сила, стремящаяся вернуть lithography // Nanotechnology. — 2007. — V. 18. — P. 135303.

4. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновес угол к равновесному значению, достигает предела, при котором кон тактная линия приходит в движение и смещается, пока контактный ных системах. От диссипативных структур к упорядоченности через угол снова не придет к равновесному или близкому к равновесному флуктуации. — М.: Мир, 1979. — 512 с.

5. Yurii A.Vlasov, Xiang-Zheng Bo, James C.Sturm, David J.Norris.

значению. Далее цикл повторяется.

Можно воспользоваться понятием гистерезиса [6], введённого для On-chip natural assembly of silicon photonic bandgap crystals // описания поведения краевого угла при растекании капли: существу- Nature. — 2001. — V. 414. — P. 289–293.

6. Де Жен П.Ж. Смачивание: статика и динамика // Успехи фи ет краевые углы натекания и отекания (первый из них больше рав новесного, а второй — меньше). Эти углы зависят от растворителя, зических наук. -1987. — Т. 151, № 4. — С. 619–681.

7. Молчанов С.П., Лебедев-Степанов П.В., Климонский С.О.

концентрации частиц, типа подложки, степени её чистоты, темпера туры и др. факторов. Колебание краевого угла происходит в интерва- [и др.]. Самосборка упорядоченных слоёв микросфер диоксида крем ле между указанными крайними значениями. Данный процесс, ини- ния на вертикальной пластинке. — Российские нанотехнологии (в пе циированный испарением жидкости и обусловленный нелинейностью чати). — 2009.

взаимодействия контактной линии с поверхностью пластинки, может быть отнесен к классу автоколебательных. В результате такого про цесса на подложке формируется система горизонтальных полос, об разованных различной толщиной вещества [7]. Подобные процессы имеют место и при движении контактной линии испаряющейся капли раствора на плоской подложке. Изучение автоколебательных процес сов в мениске имеет, таким образом, не только фундаментальный, но и прикладной интерес.

Для описания колебательного процесса в мениске в работе пред лагается механическая модель, учитывающая основные параметры рассматриваемой системы: её инертные, упругие и диссипативные Секция физики супрамолекулярных систем 31 32 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ в результате процессов самоорганизации частиц при использовании УДК 544.522. каплеструйной технологии печати Microfab Inkjet. На рис. 2 представ В.А. Коваленко1,2, Д.С. Ионов2, В.А. Сажников2 лено АСМ-изображение сенсорного элемента, состоящего из наноча стиц, а на рис. 3 — пример матрицы сенсорных элементов.

phyztech@rambler.ru, io_dima@mail.ru, sazhnikov@yandex.ru Регистрация отклика сенсорного материала на аналит осуществ Московский физико-технический институт ляется с помощью стенда Центра фотохимии РАН. Его основными (государственный университет) элементами являются газовая схема, позволяющая с высокой точно Центр фотохимии РАН стью контролировать концентрацию аналита в измерительной ячей ке, и оптоволоконный спектрометр для считывания флуоресцентно Сенсор на основе фотоиндуцированного го сигнала. Спектр флуоресценции образца записывается в режиме переноса электрона для детектирования реального времени, в то же время аналит заданной концентрации по дается в измерительную ячейку попеременно с воздухом. Интенсив галогенпроизводных углеводородов ность флуоресценции меняется при присутствии аналита в ячейке.

Таким образом, использование механизма фотоиндуцированного Целью данной работы является разработка и изучение функци- переноса электрона в сочетании с иерархической организацией сен ональных свойств флуоресцентных сенсорных материалов для де- сорного материала и флуоресцентным считыванием сигнала позво тектирования галогенпроизводных углеводородов. Актуальность про- ляет рассчитывать на создание компактных и недорогих устройств блемы детектирования связана с использованием некоторых из этих для детектирования галогенпроизводных углеводородов.

веществ в качестве фумигантов и опасностью для здоровья чело века. Перспективным направлением является создание компактного устройства на основе матрицы сенсорных элементов, позволяющем с достаточной чувствительностью детектировать летучие соединения в окружающем воздухе.

Механизмом детектирования галогенпроизводных углеводородов является фотоиндуцированный перенос электрона от донора к акцеп тору. В качестве акцептора выступает непосредственно детектируе мое соединение, обладающее достаточно большим сродством к элек трону (например, тетрабромметан). Донором служит молекула флу оресцентного красителя 9-дитолиламинакридина (9-ДТАА). Перенос электрона при взаимодействии с акцептором является дополнитель ным каналом распада возбуждённого состояния красителя, что при водит к тушению его флуоресценции. На рис. 1 приведена схема ре акции.

Существенной особенностью данной работы является иерархиче ская организация сенсорного материала. Краситель 9-ДТАА иммо билизован на поверхности сферических наночастиц (силикатных, по листирольных, латексных) для увеличения количества рецепторных центров и облегчения доступа аналитов к ним. Частицы в свою оче- Рис. 1. Схема реакции переноса электрона от донора (9-ДТАА) к редь используются для создания сенсорных элементов и их матриц акцептору (CBr4) на твёрдой подложке. Создание сенсорного элемента осуществляется Секция физики супрамолекулярных систем 33 34 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 547.97+535.518. Е.С. Ковалева1, А.Н. Кожинов1, А.К. Чибисов ekaterina.kovaleva@phystech.edu, anton.kozhinov@phystech.edu, chibisov@photonics.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Центр фотохимии РАН Исследование анизотропии поляризуемости нанокристаллов J-агрегатов цианинового красителя, получаемых в результате их самосборки В данной работе была исследована анизотропия поляризуе мости органических нанокристаллов J-агрегатов 3,3-дисульфопро пил-5-метокси-45-бензо-9-этилтиакарбоцианина. Структурная фор Рис. 2. АСМ изображение сенсорного элемента, состоящего мула данного красителя приведена на рис. 1.

из наночастиц Рис. 1. Структурная формула красителя J-агрегаты красителя были приготовлены согласно известной из литературы методике [1] — путём добавления водного раствора со ли Mn(NO3 )2 в водный раствор красителя. Концентрации красителя и соли в рабочем растворе составили около 10 мкМ и 2 мМ соот ветственно. Образование J-агрегатов контролировалось по разрешён ным во времени спектрам поглощения, а также по спектру резонанс ного рассеяния света [2].

Рис. 3. Фотография матрицы сенсорных элементов Динамическая поляризуемость () частиц характеризует их спо собность приобретать наведённый осциллирующий дипольный мо Секция физики супрамолекулярных систем 35 36 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ мент p () в поле E () падающего на них света: p () = () E ().

Здесь IV V (), IV H (), IHV (), IHH () — спектры рассеянно В общем случае поляризуемость является не числом, а тензором вто- го света, первый индекс обозначает разрешённое направление по рого ранга ij. Это значит, что векторы p и E могут быть неколли- ляризатора у монохроматора возбуждения, второй — разрешён неарны: pi = ij Ej. Тензор ij, как и любой тензор второго ранга, ное направление поляризатора у эмиссионного монохроматора, G () = IHV ()/IHH () — нормировочный множитель, необходимый разлагается в сумму трёх неприводимых частей [3]:

вследствие разных функций отклика детектирующей схемы флуори ij = 0 + S + A, ij ij ij метра на свет одной интенсивности, но разной поляризации [3, 5].

Полученные спектры рассеяния и функция () представлены где 0 = 1 ii ij, S = 1 (ij + ji ) 0, A = 1 (ij ji ) — соот 3 2 ij ij ij ij на рис. 3. Значение степени деполяризации в максимуме поглощения ветственно диагонально-изотропный тензор, симметричный тензор с J-агрегатов = 0,3. В рамках рассмотренной модели это означает, нулевым следом и антисимметричный тензор. Любой тензор второго что исследуемые J-агрегаты существенно анизотропны: продольная ранга имеет 3 инварианта. Инварианты тензора ij определим так 2 2 поляризуемость J-агрегатов на порядок больше поперечной. Отноше же, как и в работе [4]:, ||, ||.

ние || / составляет несколько десятков. В рамках модели [5] мож Если освещать раствор хаотически ориентированных анизотроп но заключить, что в исследованных J-агрегатах имеет место хороший ных частиц светом с вертикальной поляризацией, то рассеянный свет дальний порядок и что угол между моментом перехода мономерных (как правило, его регистрируют под прямым углом к падающему лу единиц и осью J-агрегата мал.

чу в горизонтальной плоскости) является деполяризованным: поми мо компоненты I|| с вертикальной поляризацией он также содержит и компоненту I с горизонтальной поляризацией. Состояние поляри зации рассеянного света находят, измеряя его степень деполяризации = I /I||. Степень деполяризации связана с инвариантами тензора поляризуемости частиц следующим соотношением [4,5]:

3 ||2 + 5 || = 2.

45 | | + 4 || В случае рэлеевского рассеяния тензор симметричен и || = 0 [5].

Выберем собственный базис частицы (,,) так, чтобы тензор по ляризуемости имел в нём диагональный вид. Предполагая наличие вращательной симметрии: = =, || =, получим зави симость от || / (рис. 2):

3 || / = 2.

5 || / + 2 + 4 || / В эксперименте был использован стандартный спектрофлуориметр в режиме работы синхронной развёртки обоих монохроматоров, осна ` щённый двумя поляризаторами. Расчётная формула для степени де- Рис. 2. График зависимости || / поляризации такова:

IV H () IV H () IHV () () = G () =.

IV V () IV V () IHH () Секция физики супрамолекулярных систем 37 38 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 53. О.Ю. Павленко1, А.И. Гончарук2, Н.И. Лебовка scorpioless@yandex.ru, lebovka@gmail.com Национальный авиационный университет Институт биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренка НАНУ Структурообразование в композите многослойные углеродные нанотрубки / вазелиновое масло Композиционные системы на основе смесей углеродных нанотру бок (НТ), полимеров, жидких кристаллов, масел или других сред гид рофильной или гидрофобной природы демонстрируют целый спектр уникальных структурных, механических, электрических, тепловых и других свойств [1]. Создание перспективных композиционных матери алов на основе НТ усложнено не только из-за большой агрегационной Рис. 3. Спектры рассеяния и степень деполяри- способности и неоднородности пространственного распределения НТ зации рассеянного света у композитных системах, а также из-за сильной зависимости свойств и структуры от анизотропии формы, характера межфазовых взаимо Литература действий [2, 3].

Целью данной роботы являлось исследование процессов струк 1. Chibisov A.K., Gцrner H., Slavnova T.D. Kinetics of salt-induced турообразования в вазелиновом масле, допированном многослойны J-aggregation of an anionic thiacarbocyanine dye in aqueous solution // ми углеродными нанотрубками (MWNT). В исследованиях исполь Chem. Phys. Lett. — 2004. — V. 390. — P. 240–245. зовались MWNT (SpecMash Ltd., Ukraine) со средним диаметром 2. Pasternack R.F., Collings P.J. Resonance light scattering: A new 10–20 нм и длиной 5–10 микрон, чистота образца составляла 99%.

technique for studying chromophore aggregation // Science New Series. — В качестве дисперсной среды использовалось вазелиновое масло 1995. — V. 269, N. 5226. — P. 935–939. фармацевтического образца (ГОСТ 3164-78, Россия) с плотностью 3. Long D.A. The Raman eect: a unied treatment of the theory of 0,861 г/см3 и кинематической вязкостью 35,9 мм2 /с (при температу Raman scattering by molecules. — Chichester: John Wiley & Sons Ltd, ре 323 К).

2002. — 597 p. Композиты на основе нанотрубок были получены методом уль 4. Strommen D.P. Specic values of the depolarization ratio in Raman тразвукового диспергирования. Интервал концентраций составлял spectroscopy // J. Chem. Ed. — 1992. — V. 69. — P. 803–807. 0,1–2%. В качестве экспериментальных методов использовались кон 5. Parkash J. [et al.]. Depolarized resonance light scattering by дуктометрический метод, метод оптической микроскопии и реологи porphyrin and chlorophyll a aggregates // Biophys. J. — 1998. — V. 74. — ческий метод. Исследования проводились в интервале температур P. 2089–2099. 290–363 К.

Исследованы температурные зависимости электропроводимости и вязкости в режимах нагрева и охлаждения образца. Наблюдал Секция физики супрамолекулярных систем 39 40 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ ся значительный гистерезис в поведении электропроводимости в ре- УДК 541. жимах увеличения-уменьшения температуры. Изучены корреляции П.С. Рукин1, А.А. Сафонов между перколяционным изменением электропроводимости, вязкости и уменьшением энергии активации при увеличении концентрации daddits@inbox.ru, saf@photonics.ru MWNT. Изучены нелинейные зависимости электропроводимости от Московский инженерно-физический институт (Национальный величины приложенного напряжения, а также частотные зависимо исследовательский ядерный университет) сти электропроводности, которые объясняются в рамках прыжковой Центр фотохимии РАН модели электропроводности. Дано сравнение концентрационных за Расчёт комплексов висимостей энергий активации для вязкости и электропроводимо сти и определены перколяционные параметры характеризующие вяз дифениламиноакриндина с рядом малых кость и электропроводимость.

молекул Литература 1. КацЕ.А. Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры: Акридиновый краситель 9-дифениламиноакридин (ДФАА) явля родословная форм и идей. — М.: Наука, 2008. — 296 с. ется одним из возможных кандидатов при создании флоуресцентных 2. Thess A. [et al.]. Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes сенсоров для определения ряда аналитов [1]. В связи с этим важно // Science. — 1996. — V. 273, N. 17. — P. 17483–17487. знать структуры и энергии образования молекулярных комплексов 3. Satio R. [et al.]. Electronic structure of chiral grapheme tubules ДФАА с аналитами. Ранее в лаборатории квантовой химии и моле // Applied Physics Letters. — 1992. — V. 60, N. 18. — P. 2204–2206. кулярного моделирования Центра фотохимии РАН были рассчитаны структуры и спектры таких комплексов. Однако расчёты проводи лись методом функционала плотности (DFT), который не учитывает ван-дер-ваальсово взаимодействие, что не позволяет достаточно точ но определить энергии взаимодействия в комплексах.

В данной работе проведены квантовохимические расчёты ком плексов методом DFT с эмпирической поправкой на ван-дер-вааль сово взаимодействие (DFT-D) [2, 3]. Было показано, что этот метод, сохраняя эффективность расчётов методом DFT, позволяет описы вать различные комплексы, включая ван-дер-ваальсовы.

В расчётах использован обменно-корреляционный функционал B97-D [3]. Определены структуры комплексов путём оптимизации их геометрии в основном электронном состоянии. При оптимизации гео метрии использован валентно-двухэкспонентный базис с набором по ляризационных функций 6-31G (d, p), при равновесной геометрии энергии рассчитаны с использованием валентно-трёхэкспонентного базиса с двумя наборами поляризационных функций 6-311G (f, 2d, 2p).

Методами DFT-D рассчитаны структуры комплексов 9-дифенил аминоакридина со следующими молекулами: метанол, ацетонитрил, Секция физики супрамолекулярных систем 41 42 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ ацетон, тетрагидрофуран, бензол, аммиак, формальдегид и ацеталь- и наночастиц является технология самосборки из испаряющейся кап дегид. Получены структуры комплексов и их энергии образования. ли коллоидного раствора [3]. Капля, нанесённая на горизонтальную подложку, после испарения оставляет на ней ансамбль из микросфер Литература («пятно») определённой архитектуры, зависящей от многих парамет ров [4]. Таким образом, для получения наноструктурированных мате 1. Сажников В.А., Хлебунов А.А., Алфимов М.В. Сольватофлу риалов с заранее заданными свойствами весьма актуальным являет орохромные свойства 2,7-диметилзамещенного 9-дитолиламиноакри ся изучение влияний различных исходных параметров приготовления дина // Химия высоких энергий. — 2007. — Т. 41, № 1. — С. 1–5.

на конечную архитектуру «пятна».

2. Grimme S. Accurate description of van der Waals complexes Целью данной работы являлось экспериментальное изучение вли by density functional theory including empirical corrections // яний исходных параметров дисперсионной смеси и подложки, таких, J.Comput.Chem. — 2004. — V. 25. — P. 1463–1473.


как количество заряженных функциональных групп на поверхности 3. Grimme S. Semiempirical hybrid density functional with частиц, концентрация частиц в растворе, состав растворителя, диа perturbative second-order correlation // J. Chem. Phys. — 2006. — метр частиц, объём капли и тип подложки, на структуру и качество V. 124. — P. 0341081–16.

упаковки частиц и функцию их радиального распределения в полу ченной микроструктуре, а также изыскание возможностей управле ния процессами, участвующими в процессе самосборки.

УДК 532.785: 538.91 В экспериментах применялись полистирольные микро- и нано сферы диаметром 86, 250, и 540 нм с содержанием сухого ве Н.А. Чернышов1,2, С.П. Молчанов2 щества в растворе 0,25–10%. В качестве растворителей для кол лоидных частиц полистирола использовались: вода и смесь во chernyshov.n@gmail.com, spmolchanov@phys.chem.msu.ru 1 да/диметилсульфоксид (ДМСО). Капли коллоидных растворов раз Московский физико-технический институт личного объёма: от нескольких сотен пиколитров (микрокапли, полу (государственный университет) 2 чаемые по технологии Ink Jet [5]), до нескольких микролитров (мак Центр фотохимии РАН рокапли, получаемые при помощи пипетки-дозатора), наносились на Управление архитектурой ансамблей гидрофильные (стекло) и гидрофобные (полистирол) подложки.

Полученные в ходе экспериментов образцы — «пятна» из нано микро- и наночастиц, получаемых методом и микрочастиц, — исследовались с помощью оптической и зондовой самосборки из испаряющейся капли микроскопии. На рис. 1 представлены результаты одного из экспе риментов по изучению влияния концентрации частиц в коллоидном коллоидного раствора растворе на форму «пятна» из осажденных частиц на гидрофиль ной подложке. Объем наносимых капель составлял 300 пл., размер частиц — 540 нм.

Разработка методов получения наноструктурированных материа лов с заранее заданными свойствами является одной из актуальных На основе результатов проведённых экспериментов установлено, проблем современной прикладной науки. Способность монодисперс- что структурообразование частиц из испаряющейся жидкости имеет ных коллоидных микро- и наносфер к самосборке делает их универ- ряд четких закономерностей. Были выявлены некоторые факторы, сальными строительными блоками в создании современных электрон- влияющие на форму, размеры, распределение плотности пятна, упо ных и оптических микроустройств [1], например, в качестве элемен- рядоченность и типы решёток из микро- и наночастиц внутри него.

тов оптических химических сенсоров [2]. Одним из наиболее простых Важным результатом данной работы является попытка объясне и перспективных методов создания упорядоченных ансамблей микро- ния полученных экспериментальных результатов исходя из теорети Секция физики супрамолекулярных систем Секция физики ческих представлений о процессах, проходящих в испаряющейся кап ле коллоидного раствора.

высокотемпературных процессов УДК 533. Е.В. Васильева1,2, Р.А. Тимирханов1,2, А.В. Гавриков2, Рис. 1. Структура «пятен», полученных после высыхания капель коллоидного раствора различной концентрации: 0, 25% (a), 0, 5% О.Ф. Петров (b) и 1% (c) на гидрофильной подложке elen_vasilieva@mail.ru, t-i-m-i-r@mail.ru, gavrikov@ihed.ras.ru, ofpetrov@ihed.ras.ru Литература Московский физико-технический институт 1. Shalaev M., Moskovits M. Nanostructured Materials: Clusters, (государственный университет) Composites, and Thin Films. Vol. 679. — Oxford: Oxford University Объединённый институт высоких температур РАН Press, 1998. — 264 p.

Определение условий формирования 2. Keith J. [et al.]. Optical Multibead Arrays for Simple and Complex мультислоистой пылевой структуры Odor Discrimination // Anal. Chem. — 2001. — 73 (11). — P. 2501–2508.

3. Calvert P. Inkjet Printing for Materials and Devices // в высокочастотном разряде Chem. Mater. — 2001. — 13 (10). — P. 3299–3305.

4. Ko H. [et al.]. Rapid Self-Assembly of Monodisperse Colloidal Spheres in an Ink-Jet Printed Droplet // Chem. Mater. — 2004. — 16 Газоразрядная пылевая плазма является плазмой газового раз (22). — P. 4212–4215. ряда, содержащей частицы дисперсной фазы микронных размеров.

5. Jang D., Kim D., Moon J. Inuence of Fluid Physical Properties Взаимодействие между пылевыми частицами приводит к простран on Ink-Jet Printability // Langmuir. — 2009. — 25 (5). — P. 2629–2635. ственному упорядочиванию частиц и образованию плазменно-пыле вых структур. В ВЧ разрядах ёмкостного и индуктивного типа фор мируются слоистые пылевые структуры с четким упорядочением — пылевой кристалл. С ростом количества инжектированных частиц или изменением параметров разряда структура, состоящая из одного слоя (монослоя), разделяется на два и более слоев. Механизм форми рования такой мультислойной структуры до сих пор ещё полностью не изучен. Основными целями работы являются определение усло вий перехода системы пылевых частиц в ВЧ разряде из монослойной в мультислойную, исследование влияния количества макрочастиц в пылевом облаке, среднего межчастичного расстояния на процессы перехода структуры из монослойной в многослойную, определение Секция физики высокотемпературных процессов 45 46 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ кинетической температуры плазменно-пылевой компоненты в верти- ности в разряд при постоянном давлении наблюдается разупорядочи кальной и горизонтальной плоскостях, анализ на базе полученных вание монослоя с постепенным образованием второго слоя.

данных формы межчастичного потенциала. На рис. 2 показана эволюция перехода монослоистой пылевой Эксперимент проводился на специальном стенде по изучению структуры в мультислоистую в вертикальном сечении при постоян ном давлении буферного газа 0,16 Торр. На рис. 2 a показан монослой плазменно-пылевых структур в ВЧ разряде. Схема эксперимента при мощности, вкладываемой в разряд, 12 Вт;

на рис. 2 b — разде представлена на рис. 1. В вакуумную камеру были помещены два ление монослоя при 8 Вт, рис. 2 c — образование второго слоя при плоских электрода. Нижний электрод представляет собой металли ческий диск диаметра d = 19 см. Верхний, расположенный на высоте 6 Вт. (рис. 2).

5 см от нижнего, изготовлен в форме кольца, внешний диаметр кото- В результате оцифровки и обработки полученных видеоматериа рого равен 19 см, а внутренний — 5 см. В ходе экспериментов ваку- лов были получены траектории пылевых частиц, их скорости;

опре умная камера заполнялась смесью аргона с воздухом при давлении делены основные параметры пылевой компоненты — число частиц в P = 0,05 0,3 Торр (рис. 1). На электроды подавалось напряжение структуре, среднее межчастичное расстояние, парнокорреляционные от высокочастотного генератора с несущей частотой 13,56 МГц, в ре- функции, кинетическая температура частиц в зависимости от пара зультате между ними возникал тлеющий разряд. В этот разряд через метров разряда, таких, как давление буферного газа и мощность, отверстие в верхнем электроде из специального контейнера, укреп- подаваемая в разряд.

ленного на нижней части крышки вакуумной камеры, вбрасывались пылевые частицы. В эксперименте использовались сферические ча стицы меламинформальдегида диаметром 12,74 мкм. Эти пылинки, попадая в разряд и заряжаясь отрицательно, зависали в приэлек тродном слое и формировали плазменно-пылевые структуры. Для удержания пылевого кластера и предотвращения ухода частиц в го ризонтальном направлении, на нижнем электроде устанавливалось кольцо диаметра 5 см и высотой 0,2 см, формирующее потенциаль ную ловушку для частиц. Для визуализации полученной плазменно пылевой структуры осуществлялась подсветка через боковой иллю минатор двумя лазерными ножами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, сформироваными аргоновым и твердотельным лазерами Рис. 1. Схема эксперимента по изучению плазменно-пылевых струк соответственно. Для регистрации движения подсвеченного пылевого тур в ВЧразряде кластера была смонтирована синхронизированная система видеона блюдения, состоящая из двух CCD-камер. Одна камера устанавли валась над верхним электродом и через отверстие в нём снимала движение частиц в горизонтальной плоскости. Вторая камера уста навливалась сбоку и производила регистрацию движения частиц в вертикальной плоскости. Скорость съёмки варьировалась от 50 до 200 кадров в секунду.

В ходе экспериментов были получены серии видеокадров с пыле выми структурами в горизонтальном и вертикальном сечениях при различных параметрах разряда. При уменьшении подаваемой мощ- Рис. 2. Эволюция образования мультислоистой плазменно-пылевой структуры из монослоистой Секция физики высокотемпературных процессов 47 48 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 544.023.522, 544.023. Д.Е. Виткина1,2, Е.И. Школьников2, Г.А. Петухова Vitkina-Darya@yandex.ru, 2shkolnikov@ihead.ras.ru, petukhova@phyche.ac.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Объединённый институт высоких температур РАН Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН Особенности нанопористой структуры активированных углей на основе фурфурола в зависимости от адсорбата Настоящая работа посвящена исследованию нанопористой струк туры активированных углей на основе фурфурола. Данные образцы Рис. 1. Образец Фас 8. Распределение пор по размерам, 1 — МРС широко используются в качестве основы электродов химических ис- на бензоле, 2 — классический адсорбционный метод на бензоле точников тока, суперконденсаторов, применяются как эффективные поглотители газов и растворённых веществ, катализаторы и носители катализаторов и др.

Основной метод исследования — метод равновесной сушки (МРС) для получения изотерм десорбции без измерения давления паров [1].

Полученные экспериментальные значения массы адсорбата от време ни позволяют построить распределения пор исследуемых материалов по радиусам и рассчитать удельные поверхности. Также использовал ся объёмно-весовой метод (ОВМ) исследования для оценки общей по ристости материала. В качестве адсорбата в МРС применялся гексан и бензол, в ОВМ — гексан, бензол и декан.

Полученные распределения пор по размерам анализировались и были сопоставлены с результатами независимых измерений, полу ченных классическим весовым адсорбционным методом на бензоле (рис. 1 и 2).

Образцы Фас 8 и Фас 6 показали очень хорошее совпадение ре зультатов независимых измерений, проведённых разными методами исследований (рис. 1 и 2). Минимальный радиус измеренных пор, Рис. 2. Образец Фас 6. Распределение пор по размерам, 1 — МРС суммарный объём пор и общий характер кривых практически совпа на гексане, 2 — МРС на бензоле, 3 — классический адсорбционный дают.

метод на бензоле Секция физики высокотемпературных процессов 49 50 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ На образцах Фас 4, Фас 6 и Фас 7 проявился необычный эффект увеличения объёма микропор при взаимодействии с гексаном (рис. 2, 3 и 4). Этот явление не может быть объяснено различными разме рами молекул гексана и бензола, так как размеры пор ненамного, но больше характерных размеров обеих молекул. В качестве одной из гипотез можно предположить, что в данном случае проявляется специфическое взаимодействие молекул гексана с активированным углем, приводящее к своеобразному набуханию микропор исследуе мых образцов. Вероятно, изменения, связанные с увеличением объё ма микропор, зависят от степени активации данных образцов.

Литература 1. Школьников Е.И., Волков В.В. Получение изотерм десорбции паров без измерения давления // Доклады Академии Наук. — 2001. — Т. 378, № 4. — С. 507–510.

Рис. 4. Образец Фас 7. Распределение пор по размерам, 1 — МРС на гексане, 2 — МРС на бензоле Рис. 3. Образец Фас 4. Распределение пор по размерам, 1 — МРС на гексане, 2 — МРС на бензоле Секция физики высокотемпературных процессов 51 52 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ УДК 544.32 давление, состав) на выходе из реактора, а также расходных характе ристик энергоносителя и окислителя, определяющих мощность теп М.С. Власкин лосиловой установки. Во многом физические параметры пароводо родной смеси определяются самим ЭАВ.

vlaskin@inbox.ru Выбор основных принципиальных схем преобразования энталь Объединённый институт высоких температур РАН пии пароводорода в полезные виды энергии зависит, очевидно, от Генераторы пароводородной смеси типа использования водорода. При этом возможны два принципиаль но различных способа преобразования химической энергии водорода на основе гидротермального окисления в электрическую: напрямую в топливных элементах (ТЭ) и через энергоаккумулирующих веществ «классическое» сжигание с последующим преобразованием тепловой энергии в механическую, а затем в электрическую. Наиболее подходя щими ТЭ, работающими с водородом, являются твердо-полимерные Все большее внимание приковывают к себе технологии когенера ТЭ (ТПТЭ), расплав-карбонатные ТЭ (РКТЭ) и фосфорно-кислые ции тепловой энергии и водорода на месте их потребления с помощью ТЭ (ФКТЭ) [2]. К классическим схемам преобразования тепла можно различных химических реакций в водной среде или среде водяного па отнести ДВС на водороде (пароводороде) и ГТУ с предвключенной ра. В данном случае энергоносителем является химическое вещество, камерой сгорания (КС).

вступающее при определённых термодинамических условиях в экзо Рассмотрению, систематизации и математическому моделирова термическую реакцию с водой, а образующийся водород способствует нию основных принципиальных термодинамических схем, использу эффективному преобразованию в полезные виды энергии энтальпии ющих реакторы окисления ЭАВ в качестве генераторов пароводоро сгорания используемого химического вещества. Такие вещества назы да, посвящена данная работа. Работа содержит расчётно-теоретиче вают энергоаккумулирующими (ЭАВ) [1]. В соответствии с законом ские исследования термодинамической эффективности схем, а также Гесса суммарный тепловой эффект реакций взаимодействия ЭАВ с оценку их технико-экономических показателей.

водой и сгорания водорода равен энтальпии реакции сгорания самого Работа направлена на решение одной из актуальных проблем со ЭАВ.

временной энергетики: создание альтернативных экологически-без Из большого количества ЭАВ в качестве наиболее подходящих на опасных источников тепло- электроснабжения на основе возобновляе роль универсальных энергоносителей выделим те, которые состоят мых энергоносителей. Создание таких установок представляет собой из наиболее распространенных химических элементов в земной коре:

инновационное, не имеющее аналогов в мире, решение в области энер из Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg. Очевидно, что вопросы транспортировки гетики.

и хранение таких ЭАВ решаются намного проще, чем аналогичные Литература для водорода.

Независимо от конкретного ЭАВ, при окислении его в воде из 1. Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их ис реактора помимо водорода выходит перемешанный с ним пар, обра пользование. — Киев: Наукова Думка, 1980.

зующийся при испарении воды за счёт тепловыделения внутри реак 2. Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энер тора. Поэтому при осуществлении реакции окисления любого ЭАВ в гоустановки. — М.: Издательство МЭИ, 2005.

воде, в качестве рабочего тела на входе в теплосиловые энергоустанов ки необходимо рассматривать не чистый водород, а пароводородную смесь.

Варианты использования потока пароводорода довольно разнооб разны, и выбор того или иного способа утилизации пароводородной смеси зависит от её термодинамических параметров (температура, Секция физики высокотемпературных процессов 53 54 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ потенциала не превышала 10 МПа, что недостаточно для движения УДК 538. дислокаций. Таким образом, движение дислокаций обеспечивалось не П.А. Жиляев макроскопическим сдвиговым напряжением, а его локальной концен трацией.

PeterZhilyaev@gmail.com Московский физико-технический институт (государственный университет) Объединённый институт высоких температур РАН Влияние пластической деформации на разрушение монокристалла алюминия при ударно-волновом нагружении В работе с помощью метода молекулярной динамики на примере алюминия исследуются процессы пластической деформации и нача ла разрушения монокристаллических металлов при ударно-волновом нагружении. Исследованы механизмы пластической деформации при сжатии в ударной волне и при растяжении в волнах разрежения. Изу чено влияние дефектной структуры, образованной в волне сжатия, на откольную прочность и механизм разрушения. Получена зависи мость величины откольной прочности от скорости деформации.

На первом этапе компьютерного эксперимента путём одноосного сжатия расчётной ячейки были смоделированы термомеханические условия, в которых находится вещество при прохождении по нему импульса сжатия. При малой степени деформации имеет место упру гое сжатие, затем происходит пластическая деформация, появляются частичные дислокационные петли.

Вторым этапом расчёта является релаксация напряжённого состо яния, которая имеет место после прохождения импульса сжатия. По- Рис. 1. Остаточные дефекты. Окружностями выделены вакансии, сле неё в образце остаётся существенно меньшее число дефектов по прямоугольниками — дислокационные петли. Показаны только ато мы, составляющие дефекты кристалла (выделены на основе пара сравнению с их количеством в конце процесса одноосного сжатия на метра центральной симметрии). Потенциал по данным [2]. Коли первом этапе. Они представляют собой вакансии и небольшие по раз чество атомов в системе N = 2 106. Размер расчётной ячейки мерам плоскости сдвига, дислокационные петли (рис. 1). Такие же 100 90 80 периодов решётки остаточные дефекты наблюдаются и в МД расчётах, где использует ся модель «ударник-мишень» [1]. Данные о зависимости откольной прочности от скорости растяже В процессе всестороннего растяжения размер дислокационных пе- ния собраны на рис. 2. На нём также приведены результаты расчё тель увеличивается, и через некоторое время они начинают пересе- та прочности при всестороннем растяжении и постоянной температу ре 100K монокристалла без дефектов, был использован потециал [2] каться друг с другом. Величина девиаторных напряжений в расчёт ной ячейке на этом этапе для расчётов с обеими модификациями (размер системы 1 млн атомов).

Секция физики высокотемпературных процессов 55 56 52-я научная конференция МФТИ ФМБФ 3. Belak J. On the nucleation and growth of voids at high strain Для монокристалла с дефектами наблюдается заметное снижение откольной прочности по сравнению с бездефектным монокристаллом. rates // Journal of Computer-Aided Materials Design. — 1998. — V. 5, Такое снижение обусловливается тем, что вероятность возникновения N. 2–3. — P. 193–206.

4. Liu X.-Y., Ercolessi X.-Y., Adams J.B. Aluminium interatomic полостей на дефектах кристаллической структуры значительно боль ше, чем в идеальном кристалле [3]. Внесение дефектов приводит к potential from density functional theory calculations with improved значительному уменьшению размеров критического зародыша и со- stacking fault energy // Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. — 2004. — ответственно к выигрышу в энергии при его образовании. V. 12. — P. 665–670.

5. Kanel G.I, Razorenov S.V., Baumung K., Singer J. Dynamic yield and tensile strength of aluminum single crystals at temperatures up to the melting point // Journal of Applied Physics. — 2001. — V. 90, N. 1. — P. 136–143.

УДК 532. А.В. Иванов org.andrey@gmail.com Объединённый институт высоких температур РАН Параллельная реализация метода SPH Рис. 2. Зависимость откольной прочности от скорости деформиро- Метод SPH имеет большие возможности для решения простран вания. МД моделирование всестороннего растяжения при постоян ственных задач гидродинамики с наличием свободных поверхностей ной температуре 100 K: 1 и 2 — модель с дефектами, образующими и эффектов разрушения [1]. Большая расчётная область позволяет ся при УВ сжатии, потенциалы по данным [2] и [4] соответственно;



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.